3. Назначение и классификация операционных систем

Операционная система – это комплекс программ, обеспечивающих работу самого компьютера и диалог пользователя с компьютером.

Операционная система выполняет следующие функции: (Симонович с. 99-112)

1. Обеспечение интерфейса пользователя – различают неграфические и графические ОС. Неграфические ОС реализуют интерфейс командной строки, основным устройством управления при котором является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки (MS DOS).

Графические ОС реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может использоваться мышь (или другое устройство позиционирования). Работа с графической ОС основана на взаимодействии активных (указатель мыши – графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши) и пассивных экранных элементов управления (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки и др.)..

2. Автоматическая загрузка компьютера – все ОС обеспечивают свой автоматический запуск. Дисковые операционные системы имеют в системной области диска запись программного кода, к которому обращаются программы, находящиеся в BIOS). Они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска. Недисковые ОС используются в специализированных вычислительных системах (например, в устройствах автоматического управления на базе компьютера). Математическое обеспечение таких систем, хранящееся в ПЗУ, можно рассматривать как аналог ОС. Ее запуск осуществляется аппаратно – при подаче питания процессор обращается к фиксированному адресу ПЗУ, с которого начинается программа инициализации ОС;

3. Управление исполнением, установкой, удалением программ – ОС управляет распределением ресурсов вычислительной системы между задачами (многозадачные ОС) и обеспечивают возможность одновременной или поочередной работы пользователей, возможность обмена данными между приложениями.

Для правильной работы приложений на компьютере они должны пройти процедуру установки. Это связано с тем, что разработчики ПО не могут предвидеть особенности конфигурации вычислительной системы, на которой буде работать программа. Поэтому дистрибутивный комплект (установочный пакет) ПО представляет собой полуфабрикат, из которого в процессе установки на компьютере сформируется полноценное приложение. При этом ОС распределяет ресурсы между приложениями, обеспечивает доступ устанавливаемых приложений к драйверам устройств, формируют общие ресурсы, которые могут использоваться разными приложениями. Удаление таких приложений, которые используют совместные ресурсы, должно происходить также под управлением ОС;

4. Взаимодействие с аппаратными средствами – гибкость аппаратных и программных конфигурация вычислительных систем поддерживается тем, что каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления – драйверы, предназначенные для основных ОС.В MS DOS драйверы могут загружаться вручную или автоматически. В Windows все функции по установке драйверов и передаче им управления от приложений выполняет ОС;

5. Обслуживание компьютера – в базовый состав ОС включаются служебные приложения – средства проверки дисков (логические и физические ошибки); средства «сжатия» дисков; средства резервного копирования данных; средства кэширования дисков (часть прочитанных с диска данных сохраняется в области ОЗУ – дисковом кэше); средства управления виртуальной памятью (реализуется в виде файла подкачки, размер его можно в определенной степени изменять вручную);

6. Организация и обслуживание файловой системы (комплекс программ ОС, предназначенный для организации работы с хранящимися на диске данными) – все ОС имеют средства для сохранения данных в виде файлов на диске и обеспечения доступа к ним. Файловая система определяет структуру хранения файлов и каталогов на диске, правила задания имен файлов, допустимые атрибуты, права доступа и др. (Мороз с. 221-224). Файл – поименованный набор данных, хранящийся на диске. Имеются различные ограничения на имена файлов. (Симон. С. 100-101). Так, до появления ОС Windows 95 было принято Соглашение 8.3 (файловая система FAT DOS): - имя от расширения отделяется точкой, используются алфавитно-цифровые символы только латинского алфавита. Такие имена сегодня называют короткими. В Windows 95 – «длинные» имена файлов (до 256 символов), запрещены : / \ « * ? < >. Нежелательны пробелы в имени. Ограничивается жестко длина полного имени <260 символов. Используются символы любого алфавита, строчные и заглавные буквы не различаются.

ОС классифицируются по нескольким признакам: (Конюховский с.89-90, Мороз с. 215-217)

1. По числу одновременно решаемых задач:

• однозадачные (MS-DOS) – предоставляют пользователю виртуальную машину и включают средства управления файлами, периферийными устройствами и средства общения с пользователем;

• многозадачные (Windows, UNIX, OS/2) – дополнительно распределяют ресурсы компьютера между задачами.

• Невытесняющая многозадачность (Windows 9.x, NetWare) – активный процесс по окончании сам передает управление ОС для выбора из очереди другого процесса;

• вытесняющая многозадачность (Windowx NT, OS/2, Unix) – решение о переключении процессора на другой процесс принимает ОС.

(многонитиевая ОС разделяет процессорное время между ветвями алгоритма решения задачи).

Порядок решения задач определяется режимом реализации способа коллективного пользования:

- пакетная обработка – по завершении работы одной задачи начинается выполнение другой. Время решения пакета задач уменьшается, но время решения одной задачи увеличивается;

- разделение времени - процесс выполнения программ разбивается на циклы. В каждом цикле выполняется одна базовая программа и несколько дополнительных, на ожидание выполнения очередной части задачи затрачивается немного времени, что создает иллюзию работы в реальном времени;

- режим реального времени - обработка данных должна выполняться быстрее, чем протекает реальный процесс. Моменты поступления задачи на обслуживание определяются не темпом работы устройства ЭВМ, а процессом вне компьютера. Запросы на обслуживание принимает некоторый прибор, который решает определенный класс задач (заявка на связь, реакция на сбои оборудования, создание резервных копий и т.д.). Запросы ставятся в очередь. Выборка их называется диспетчеризацией, а правило диспетчеризации – дисциплиной обслуживания. Может быть правило FIFO (в прямом порядке), LIFO (в обратном порядке). Отдельным заявкам может предоставляться преимущественное право на обслуживание (приоритет). (Мороз с. 218).

2. По числу одновременно работающих пользователей:

• однопользовательские (MS_DOS, Windows3x);

• мнопользовательские (UNIX, Windows NT) – имеют средства защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа.

3. Многопроцессорные – поддерживают работу нескольких процессоров: Solaris 2x (фирма Sun), OS/2 (IBM), Windows NT (Microsoft), NetWare 4.1 (Novell) и др.

• асимметричные – ОС выполняется на одном процессоре, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам;

• симметричные – ОС выполняется на разных процессорах, распределяя системные и прикладные задачи.

4. Сетевые ОС – имеют средства передачи данных между компьютерами, реализуют протоколы передачи данных (IP, IPX и др.).

Многопользовательские – это фактически сетевые ОС.. Они имеют следующие компоненты: (Мороз с.218-220)

• локальная ОС – обеспечивает управление локальными ресурсами;

• клиентская часть – предоставляет средства доступа к удаленным ресурсам;

• серверная часть – содержит средства передачи собственных ресурсов в общее пользование;

• коммуникационная подсистема.

В MS-DOS взаимодействие пользователя с компьютером организовано на примитивном уровне: пользователь набирает имя программы (если необходимо, - с параметрами) в командной строке в ответ на приглашение DOS и нажимает клавишу {Enter}. MS-DOS отыскивает программу на дисках, передает ей аргументы командной строки и запускает на выполнение.

Основные недостатки MS-DOS:

1. Необходимость ввода команд для выполнения каждого действия с файловой системой затрудняет процесс общения пользователя с компьютером.

2. Каждая программа имеет свой собственный интерфейс, поэтому пользователи должны постоянно переучиваться, что требует определенных временных и финансовых затрат.

3. Прикладная программа в значительной мере зависит от характеристик конкретных устройств, подключенных к машине; замена этих устройств вызывает необходимость модификации программы.

4. Разработка графических программ под MS-DOS крайне трудоемка.

Эти недостатки можно устранить принципиально новым подходом, который реализован в графических оболочках и системах.

Большинство распространенных оболочек (Norton Commander, Windows Commander, Far) предоставляют пользователю графический интерфейс, обеспечивая возможность использования мыши для работы с файловой системой. Они обеспечивают:

• манипулирование (создание, копирование, пересылку, удаление, поиск) файлами;

• просмотр и изменение характеристик файлов; фильтрацию, сравнение содержимого каталогов; манипулирование каталогами;

• просмотр как текстовых файлов, так и файлов, подготовленных в специальных форматах различными системными и прикладными программными продуктами, для чего используются вьюеры;

• редактирование текстовых файлов встроенным или внешним редактором;

• создание пользовательских меню;

• выдачу сведений о размещении информации на дисках;

• доступ к пользовательскому интерфейсу ОС, в частности, для запуска на выполнение программ;

• освобождение большей части занимаемой памяти при запуске внешней программы (в ОЗУ остается лишь небольшое резидентное ядро) и автоматическое восстановление состояния оболочки после завершения выполнения этой программы.

Возможна реализация и других дополнительных функций, например, по форматированию и проверке дисков, архивации файлов и т.п. Всем оболочкам присуща та или иная степень защиты от ошибок пользователя.

Современные системные оболочки – Windows Commander, Total Commander. Применение MS DOS постепенно сужается. Однако использование этой системы или отдельных ее компонентов будет продолжаться. Загрузка современного IBM-подобного компьютера обычно осуществляется в двух режимах: в режиме MS DOS или Windows. Сами Windows *, если необходимо, обеспечивают работу MS DOS в режиме эмуляции.